DE2034790A1 - High-strength, low-alloy steels with improved formability - Google Patents
High-strength, low-alloy steels with improved formabilityInfo
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Description
JONES & LAUGHLIN STEEL CORPORATION, Pittsburgh,Pa., V.St.v.A.JONES & LAUGHLIN STEEL CORPORATION, Pittsburgh, Pa., V.St.v.A.
Hochfeste niedriglegierte Stähle mit verbesserter Verformbarkeit·High-strength, low-alloy steels with improved formability
Die vorliegende Erfindung betrifft hqchfeste niedriglegierte Stähle welche durch einen wünschenswerten Ausgleich und Gleichmässigkeit der physikalischen Eigenschaften gekennzeichnet sind und sich durch ihre Verformbarkeit und verringerte Richtungsabhängigkeit auszeichnen· The present invention relates to high strength, low alloyed Steels which are characterized by a desirable balance and uniformity of physical properties and are characterized by their deformability and reduced directional dependence
Die Erfindung betrifft völlig beruhigte hochfeste niedriglegierte Stähle,bestehend aus 0,06% - 0,20% Kohlenstoff, 0,50% 1,4% Mangan, 0,01% - 0,08% Niob oder 0,04% max. Schwefel, 0,04% max. Phosphor und einem Mittel zur Regelung der Form der Einschlüsse begreifend entweder 0,06% - 0,20% Zirkon, 0,01% 0,10% seltene Erde oder 0,01% - 0,10% Mischmetall,gekennzeichnet in einem fertigwarmgewalzten Zustand,durch eine Streckfes- The invention relates to completely killed high-strength low-alloy steels, consisting of 0.06% - 0.20% carbon, 0.50% 1.4% Manganese, 0.01% - 0.08% niobium or 0.04% max. Sulfur, 0.04% max.phosphorus and an agent to regulate the shape of the inclusions, including either 0.06% - 0.20% zirconium, 0.01% 0.10% rare earth or 0.01% - 0.10% misch metal, characterized in a finish hot-rolled condition, by a stretching strength
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tigkeit von mehr als 3160 kg/cm , eine Zerreissfestigkeit von mehr als 4644 kg/cm , eine Dehnbarkeit,gemessen in Prozent Dehnung ( 5,08 cm ),von mehr als 20%,gute Zähigkeit,bessere Verformbarkeit und verringerte Richtungsabhängigkeit. Die Stähle sind in dem Temperaturbereich von 843°C - 899°C fertigwarmgewalzt, mit einer Geschwindigkeit zwischen -6,67 C und 57 C pro Sekunde abgekühlt und durch Aufwickeln oder Stapeln in einem Temperaturbereich von 552°C - 6360C gesammelt»strength of more than 3160 kg / cm, a tensile strength of more than 4644 kg / cm, an extensibility, measured in percent elongation (5.08 cm), of more than 20%, good toughness, better deformability and reduced directionality. The steels are in the temperature range of 843 ° C - finished hot-rolled 899 ° C, cooled at a rate between -6.67 C and 57 C per second and by winding or stacking in a temperature range of 552 ° C - collected 636 0 C "
Die Anmelderin hat eine Klasse von hochfesten niedriglegierten Stählen entwickelt,welche in einem fertigwarmgewalzten Zustand gute Zähigkeit,Dehnbarkeit und Festigkeit aufweisen. Zusätzlich weisen die Stähle eine bessere Verformbarkeit und eine verringerte Richtungsabhängigkeit auf,d.h., die Eigenschaften inApplicant has a class of high strength low alloy Steels developed which are in a finish hot-rolled condition have good toughness, ductility and strength. Additionally the steels exhibit better ductility and a reduced directionality, i.e. the properties in
00986-6/161400986-6 / 1614
Längsrichtung (parallel zur Walzrichtung) und in Querrichtung (quer zur Walzrichtung),in bezug auf Kerbschlagzähigkeit und Dehnbarkeit,sind nahezu gleich. Die verbesserte Verformbarkeit und die verringerte Richtungsabhängigkeit werden durch die Verwendung eines Mittels zur Regelung der Form der Einschlüsse hervorgerufen welches entweder Zirkon,seltene Erde oder ein Mischmetall, was natürlich eine Mischung aus seltenen Erdein ist, begreift. Die Verwendung dieses Mittels führt zur Bildung von im wesentlichen kugelförmigen Einschlüssen welche ihre Ku^elform auch noch in dem fertigen Material beibehalten. Diese Einschlusemorphologie führt zu einer Verringerung der Richtungsabhängigkeit der Stähle indem der Verformungsbruchwiderstand in Querrichtung verbessert wird und die Dehnbarkeit in Quer- und Längsrichtung nahezu dieselbe wird. Zusätlich ist die Verformbarkeit der Stähle verbessert.Longitudinal direction (parallel to the rolling direction) and in the transverse direction (transverse to the rolling direction), with regard to notched impact strength and ductility, are almost the same. The improved deformability and the reduced directional dependency are due to the use a means for regulating the shape of the inclusions which is either zircon, rare earth or a mischmetal, understand what is, of course, a mixture of rare earths. The use of this agent leads to the formation of essentially spherical inclusions which have their spherical shape also retained in the finished material. This inclusion morphology leads to a reduction in the directional dependency of steels by the deformation fracture resistance in the transverse direction is improved and the extensibility in the transverse and longitudinal directions becomes almost the same. In addition, the deformability of the steels is important improved.
Die Stähle gemäss der Erfindung enthalten als Verfestigungsmittel entweder Vanadin oder Niob und werden zur Erzielung der gewünschten Stahleigenschaften direkt nach dem Walzenaustritt, in gegebenen Fertig- und Sammeltemperaturbereichen verarbeitet.The steels according to the invention contain either vanadium or niobium as a strengthening agent and are used to achieve the desired steel properties directly after the roller exit, in given finished and collection temperature ranges.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es miedriglegierte Stähle anzugeben welche hohe Festigkeiten in Verbindung mit guter Zähigkeit und Dehnbarkeit,besserer Verformbarkeit und verringerter Richtungsabhängigkeit aufweisen· Eine weitere Auf— gäbe der Erfindung ist es solche Stähle anzugeben welche in einem fertiggtwalzten Zustand dureh eine Streckfestigkeit von mehrAn object of the present invention is low-alloyed Steels indicate which high strengths in connection with good toughness and ductility, better ductility and have reduced direction dependency · Another up- The invention would provide steels which, in a finish-rolled state, have a yield strength of more
22
als 316O kg/cm , eine Zerreissfestigkeit von mehr als 4622 kg/cm, Dehnbarkeiten in Prozent Dehnung gemessen (5»08 c^) von mehr als 20$ und gute Zähigkeit gekennzeichnet sind. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es solche Stähle anzugeben welche einen verbesserten Verformungsbruchwiderstand in Querrichtung aufweisen·are characterized as 316O kg / cm, a tensile strength of more than 4622 kg / cm, extensibilities measured in percent elongation (5 »08 c ^) of more than $ 20 and good toughness. Another object of the invention is to specify steels which have an improved resistance to deformation rupture in the transverse direction.
Weitere Vorteile der Erfindung werden aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung in Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen hervorgehen in denen Fig«! - Fig®IQ phot©graphische Bilder von Stahlproben darstellen weiche Biegeversuchen unterworfen worden sind;sie zeigen die verbesserte Verformbarkeit der Stähle der Erfindung»Further advantages of the invention will become apparent from the following detailed description in connection with the enclosed Drawings emerge in which Fig «! - Fig®IQ phot © graphic Images of steel specimens represent soft flexure tests they show the improved deformability of the Steels of the invention »
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Die Stähle der vorliegenden Erfindung sind völlig beruhigt und haben die folgende allgemeine Zusammensetzung: Kohlenstoff» O,O6cc - O,2O%} Silizium» O,5% max. j Phosphor» O,O^max.[ Schwefel: O1O^ max. ·, ein Mittel zur Regelung der Form der Einschlüsse hegreifend entweder 0,06% - 0,20% Zirkon, O,O1% - 0,10% seltene Erde, oder 0,01% - 0,10% Mischmetall: Rest» Eisen·The steels of the present invention are completely killed and have the following general composition: carbon »O, O6 c c - O, 20%} silicon» 0.5% max. J phosphorus »O, O ^ max. [Sulfur: O 1 O ^ max., A means of regulating the shape of the inclusions using either 0.06% - 0.20% zircon, O, O1% - 0.10% rare earth, or 0.01% - 0.10% mischmetal : Remainder »iron ·
Die bevorzugten Stähle der Erfindung bestehen im wesentlichen aus ü,1O% - O,15% Kohlenstoff, 0,9% - 1,2% Mangan, O,O2% 0,0'r'j Xioh oder O,O4% - O,OJ% Vanadin, 0,05% max. Silizium, ο,025% im»χ. Schwefel, O,O3% max. Phosphor, 0,08% - 0,12% Zirkon oder 0,011J - O,1O% seltene Erde oder Mischmetall, Rest Eisen« Seltene Erden welche in den Stählen der Erfindung verwendet werden sind beispielsweise Cer, Lanthan,Praseodym,Neodym,Yttrium und Scandium»The preferred steels of the invention consist essentially of 0.110% -0.15% carbon, 0.9% -1.2% manganese, 0.02% 0.0'r'j Xioh or 0.04% -0 , OJ% vanadium, 0.05% max. Silicon, ο, 025% in the »χ. Sulfur, 0.3% max.phosphorus, 0.08% - 0.12% zirconium or 0.01 1 J - 0.1% rare earth or mischmetal, remainder iron «rare earths which are used in the steels of the invention for example cerium, lanthanum, praseodymium, neodymium, yttrium and scandium »
Zur Erlangung der gewünschten Charakteristika und Eigen-To achieve the desired characteristics and individual
2 schalten,eine Streckfestigkeit von mehr als 316Ο kg/cm ,eine2 switch, a yield strength of more than 316Ο kg / cm, one
Zerreissfesstigkeit von mehr als 4622 kg/cm ,eine Dehnbarkeit, gemessen in Prozent Dehnung (5fO8 cm),von mehr als 2O % und eine bessere Zähigkeit, werden die Stühle in dem Temperaturbereich von 8*»3°C - 899°C fertigwarmgewalzt und in einem Temperaturbereich von 522°C- 6360C aufgewickelt oder gestapelt. Für die Länge eines Auslauftiches eines modernen Karnwalzwerkes und übliche WalKgcschwindigkeiten.muss der Stahl-um die spezifischen Fertig- und Aufwickelteaiperaturen in den angegebenen Bereichen aiirechtzuerhaltentnit einer Geschwindigkeit in dem Bereich von -6,670C bis 57°C abgekühlt werden. Stähle welche oberhalb der obenangegebenen Temperaturen fertiggewalzt und/oder gesammelt werden,weisen"gewöhnlich Festigkeiten auf welche unter einerTensile strength of more than 4622 kg / cm, an extensibility, measured in percent elongation (5 f O8 cm), of more than 20 % and better toughness, the chairs in the temperature range of 8 * »3 ° C - 899 ° C wound 636 0 C and finished hot rolled at a temperature range of 522 ° C or stacked. Karnwalzwerkes a modern and conventional WalKgcschwindigkeiten.muss the steel to aiirechtzuerhalten for the length of the specific Auslauftiches Prepared Aufwickelteaiperaturen in the specified ranges t nit at a rate in the range of -6.67 0 C to 57 ° C be cooled. Steels which are finish-rolled and / or collected above the temperatures given above usually have strengths which are below one
2
Streckfestigkeit von 316Ο kg/cm und einer Zerreissfestigkeit2
Tensile strength of 316Ο kg / cm and a tensile strength
von 4622 kg/cm liegen. Auch haben die Stähle keine so gute Schlageigenschaften wie Stähle welche in den obengenannten Temperaturbereichen warmgewalzt worden sind. Stähle welche unterhalb den gewünschten Temperaturbereichen fertigwarmgewalzt oder aufgewickelt werden,weisen geringere Dehnbarkeiten auf,in Prozent Dehnung gemessen, als die Stähle der Erfindung· Niedrige Fertigtemperaturen führen zu Heötellungsbeeinträchtigungen insofern die Walzgeschwindigkeiten geringer sein müssen um die niedrigere Fertigtemperaturen zu erzielen·of 4622 kg / cm. The steels are also not so good Impact properties such as steels which have been hot-rolled in the above-mentioned temperature ranges. Steel some below hot-rolled in the desired temperature ranges or are wound, have lower extensibility, in percent Elongation measured as the steels of the invention · Low finishing temperatures lead to Heötellungsbeehlungen insofar the rolling speeds must be lower around the lower To achieve finished temperatures
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BAD ORIQINAtBAD ORIQINAt
Wie oben angegeben,Bewirkt das Mittel zur Regelung der Form der Einschlüsse dass die Sulfideinschlüsse in dem Stahl ihre Kugelform bewahren,wodurch eine bedeutende Verbesserung der Ver-As stated above, the agent acts to control the shape of inclusions that the sulphide inclusions in the steel have their spherical shape preserve, resulting in a significant improvement in
formbarkeit des Materials und eine Verringerung der Richtungsabhängigkeit hervorgerufen wird. In Abwesenheit eines Mittels zur Regelung der Form der Einschlüsse,nehmen die Einschlüsse während des Walzens eine längliche Form an und richten sich parallel zur Walzrichtung aus und tragen so zu den Unterschieden in der Dehnbarkeit und der Absorption der Schlagenergie ( 100% Verformungsbruch) zwischen Längs- und Querversuchsteilen der Stähle bei.malleability of the material and a reduction in directionality is caused. In the absence of an agent To regulate the shape of the inclusions, the inclusions take on an elongated shape during rolling and align themselves in parallel to the rolling direction and thus contribute to the differences in the ductility and the absorption of the impact energy (100% Deformation fracture) between longitudinal and transverse test parts of the steels.
Genügend Zirkon wird den Stählen der Erfindung zugegeben so fc dass in dem Stahl ein Minimum von 0,02% Zirkon zusätzlich zu dem Zirkon welches sich mit dem Stickstoff in dem Stahl zur Bildung von Nitriden befindet* Für einen typischen hochfesten niedriglegierten Stahl mit 0,006% Stickstoff,wird dem Stahl ungefähr ein Minimum von 0,06% Zirkon zugesetzt· Die erforderliche Minimalmenge an Zirkon wird durch die folgende Formel gegeben: % Zirkon - 0,02% Zirkon + 6,5 Gew,%N. Das Zirkon wird dem Stahl vorzugsweise in der Blockform während des Abgiessens zugegeben« Die Zirkonzusätze erfolgen wenn die Form ungefähr ein Drittel gefüllt ist* Der Zusatz wird beendet,wenn die Form ungefähr zwei Drittel gefüllt ist. Typische ZirkonrUckgewinnungen mit dieser Zugabemethode betrugen ungefähr 6O%. Die Zirkonzugaben können auch in der Pfanne durchgeführt werden,nachdem die Charge abge- - ψ stechen ist« Jedoch muse der Stahl in der Pfanne zuerst völlig beruhigt sein um eine gute Zirkonrückgewinnung zu gewährleisten· Bei dieser Technik ist es wichtig eine gute Giesstechnik anzuwenden tun die Sauerstoff-oder Stickstoffaufnahme auf ein Minimum zu reduzierenfdenn die Sauerstoff-oder Stickstoffaufnähme beeinflusst die Zirkonrückgewinnung nachteilig, Enough zircon is added to the steels of the invention so that there is a minimum of 0.02% zircon in the steel in addition to the zircon which is with the nitrogen in the steel to form nitrides * For a typical high strength low alloy steel with 0.006% nitrogen , approximately a minimum of 0.06% zircon is added to the steel. The minimum amount of zircon required is given by the following formula: % zircon - 0.02% zircon + 6.5 wt.% N. The zirconium is preferably added to the steel in the block mold during casting «The zirconium is added when the mold is about one third full * The addition is stopped when the mold is about two thirds full. Typical zircon recoveries with this addition method were approximately 60%. The Zirkonzugaben can also be carried out in the pan after the charge off - is stinging ψ "However muse of steel in the pan first completely calmed his is a good Zirkonrückgewinnung to ensure · In this technique, do it important to use a good casting technique, the reduce oxygen or nitrogen intake to a minimum because f the oxygen or Stickstoffaufnähme affects the Zirkonrückgewinnung disadvantageous
Die verringerte Richtungsabhängigkeit der Stähle der Erfindung in bezug auf die erhöhte Querschlagenergieeh und gleichere ■ Quer- und Längsdehnbarkeiten ist in der nachfolgenden Tabelle dargestellt« Alle in der Tabelle genannten Stähle waren zwischen 843°C und 899°C fertigwarmgewalzt und zwischen 552°C und 6360C gesammelt worden· Während Stahl 1· 0,01% Zirkon enthielt,ist er doch als nicht mit Zirkon behandelt anzusehen da der ZirkongehaltThe reduced directional dependence of the steels of the invention with regard to the increased cross-cut energy and the same transverse and longitudinal ductility is shown in the table below 0 C was collected · While steel 1 · 0.01% zirconium contained, it is to be regarded as not treated with zirconium because of the zirconium content
009886/15U009886 / 15U
nicht ausreicht um die gewünschte Einschlussmorphologie hervorzurufen. Die Proben für welche die Angaben in der Tabelle gelten, waren 1/2 Charpy-Proben mit Spitzkerb,mit Ausnahme des Stahls 15 für welchen 1/3—Proben verwendet wurden. Die Schlagarbeiten welche in der Tabelle dargelegt sind gelten für 100% Verformungsbruch der Proben. not sufficient to produce the desired inclusion morphology. The specimens to which the information in the table applies were 1/2 Charpy specimens with a pointed notch, with the exception of steel 15 for which 1/3 samples were used. The striking works which in the table are valid for 100% deformation failure of the samples.
Stahl f
stole
003886/1514003886/1514
5stole
5
8stole
8th
6. stole
6th
9stole
9
Gew.%
C 0,12
Mn 1,09
Si 0,27
Al 0071
V 0,039
Nb
Zr 0,087
N 0,007
Behandlung Zr
Versuchsrichtung:Längs-Quercomposition
Weight%
C 0.12
Mn 1.09
Si 0.27
Al 0071
V 0.039
Nb
Zr 0.087
N 0.007
Treatment Zr
Test direction: lengthwise-crosswise
1,14
0,35
0^063
0,08
Längs Quer0.15
1.14
0.35
0 ^ 063
0.08
Lengthwise cross
7stole
7th
kg/cmStretch resistant,
kg / cm
kg/cm2.Stretch resistant
kg / cm 2 .
kg/cm2.Tear-proof »
kg / cm2.
kg/cm2e Torn apart,
kg / cm2 e
( 5,08 cm )Elongation %
(5.08 cm)
( 5,08cm )Elongation %
(5.08cm)
KWhx10-7,Impact work
KWhx10-7,
KWhxlO"7.Impact work
KWhxlO " 7 .
10stole
10
0,90
Opßl
0,061
0,042
0,11
0,006
Zr
Quer0.14
0.90
Opßl
0.061
0.042
0.11
0.006
Zr
Cross
Die verbesserte Verformbarkeit der Stähle dez- Erfindung istThe improved ductility of the steels dez- invention is
inden Figuren 1-10 der Zeichnungen dargestellt,,Shown in Figures 1-10 of the drawings,
Proben wurden aus den Stählen 1-10 der Tabelle herausge-Samples were taken from steels 1-10 in the table
schnitten und einer 9O -Biegung unterworfen. Der innere Radius für alle Proben mit Ausnahme der Proben Aus Stahl 5 war 6,35 mm· Der.innere Uiegeradius für die Proben Aus Stahl 5 war 3,18 nun» Fig,.l-lO stellen Proben aus den Stählen 1-10 der Tabelle dar« Wie» in den Figuren angegeben,rissen die kein Zirkon enthaltenden Proben »1 ig· 1,3t5 t7 und 9# beim Biegen· Von den Proben aus den Stählen welche Zirkon enthielten, Fig. 2,A,6,8 und 10, zeigten nur die Proben aus Stahl 6 und β Ilisse,aber nur zu einem kloiiuni Ausmass und wesentlich geringer als die Proben aus den Stählen mit annähernd gleicher Zusammensetzung,aber Ohne Zirkon·cut and subjected to a 9O bend. The inner radius for all samples with the exception of samples made of steel 5 was 6.35 mm The inner radius for the samples made of steel 5 was 3.18 now » Fig. L-lO represent samples from steels 1-10 of the table. As indicated in the figures, those not containing zirconia cracked Samples »1 ig · 1,3t5 t7 and 9 # when bending · From the samples the steels containing zirconium, Figs. 2, A, 6, 8 and 10 showed only the samples made of steel 6 and β Ilisse, but only one kloiiuni extent and much smaller than the samples from the Steels with almost the same composition, but without zircon
Gleichwertige Verringerung der Kichtungsabhängigkeit und Verbesserung der Verformbarkeit wird eher durch die Verwendung von seltenen Erden oder Mischmetall als Zirkon für das Mittel zur Regelung der Fora der Einschlüsse erzielt. Irv&ieser Hinsicht hat die Aninelderin gefunden ,dass es zur Aufrechterhaltung einer gegebenen Festigkeit für die Stähle der Erfindung mit Vanadin und mit Zirkon als Mittel zur Regelung der Form der Einschlüsse, notwendig ist,den Kohlenstoffgehalt zu erhöhen· Dies rührt daher,dass die Festigkeit von der Vanadiumnitridausscheidung hergeleitet ist} wenn Zirkon zugegeben wird, verbindet sich der Stickstoff vorzugsweise mit dem Zirkon und die Verfestigung durch die Bildung von Vanadiumnitriden findet nicht statt· Jedoch wenn seltene Erden ode.r Misefesistall als Mittel zur Hege· lung der Form der Einschlüsse verwendet werden,so ist zur Aufrechterhnltung einer gegebenen Festigkeit keine Kohlenstoffzugabe erforderlich·Equivalent reduction in cancellation dependency and Improvement in deformability is more likely through the use obtained from rare earth or mischmetal as zircon for the means of regulating the fora of the inclusions. Irv & in this regard the Aninelderin found that it helps to maintain a given strength for the steels of the invention with vanadium and with zircon as a means of regulating the shape of the inclusions, is necessary to increase the carbon content · This is because the strength is derived from the vanadium nitride precipitate} when zirconium is added, the Nitrogen preferably with the zircon and solidification due to the formation of vanadium nitrides does not take place However, if rare earths or misefesistall are used as a means of preservation The shape of the inclusions is used to maintain it No addition of carbon required for a given strength
009886/1514009886/1514
BADORiQJNALBADORiQJNAL
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